Nb-SrTiO3薄膜和Al2O3薄膜及其疊層結構的電致阻變特性的研究.pdf

1、阻變存儲器因為其具有高開關速度、高存儲密度、低功耗、可靠的穩(wěn)定性、優(yōu)異的可擴展性以及與 CMOS工藝相兼容等特點,被認為是下一代非易失性存儲器中最具有前景的候選者。然而其電阻進行變換的機制仍然不清晰,這成為RRAM進一步發(fā)展并得以應用的最大障礙。典型鈣鈦礦結構Nb:SrTiO3(NSTO)和高絕緣Al2O3分別具有界面效應和細絲機制決定的電致阻變特性,對這兩種材料阻變特性的進一步研究更有利于電阻變換機制的討論。本文采用脈沖激光沉積技術(

2、PLD)和磁控濺射技術制備了摻雜0.7 wt％Nb的SrTiO3(NSTO)薄膜和高絕緣Al2O3薄膜,通過改變電極和堆疊介質層的方法,系統(tǒng)研究了基于NSTO薄膜和Al2O3薄膜的阻變器件的開關特性,并對其機制問題進行了探討。本論文包括以下幾個方面:
　　1.Pt/NSTO/Pt存儲器件的制備和電致阻變特性的研究
　　Pt/NSTO/Pt存儲器件是單雙極共存的電致阻變存儲器。逆時針雙極開關特性隨著循環(huán)次數的增加逐漸穩(wěn)定,單極

3、開關特性相對比較穩(wěn)定。雙極開關特性主要是由上下界面的肖特基勢壘高度或寬度的改變形成的;單極特性主要是由載流子、氧空位或者其他缺陷組成的導電細絲的形成與斷裂決定的。
　　2.Al/NSTO/Pt存儲器件的制備和電致阻變特性的研究
　　Al/NSTO/Pt器件初始具有雙向肖特基勢壘,上界面勢壘高度高于下界面。但隨著掃描電壓的增大,器件逐漸表現出下界面肖特基勢壘決定的順時針雙極開關行為,且具有多級存儲效應。對器件施加適當的擊穿電壓

4、形成新的開關單元,新的開關單元具有更加穩(wěn)定、可靠的逆時針雙極開關行為,不再具有多級存儲效應。不同回線方向的雙極阻變開關行為,表明適當的擊穿會對器件的肖特基勢壘以及器件內部氧空位或其他缺陷的分布產生巨大的影響。Al電極和 NSTO薄膜接觸的界面生成的Al2O3高絕緣氧化層,對于器件性能的提高起到了重要的作用。是否具有多級存儲效應則和下界面肖特基勢壘有著密切的關系。
　　3.NSTO插入層對Al/Al2O3/NSTO/Pt器件的電致阻

5、變特性的影響
　　插入NSTO層之后,器件的穩(wěn)定性、開關電壓、功耗等都得到了很大程度的提高。具有NSTO插入層的器件沒有常規(guī)的電形成過程,而是由一個潤滑過程來代替。開關電壓VON和VOFF分別減小為0.35V和-0.4V,具有很低的功耗。高低阻態(tài)也都具有很好的穩(wěn)定性。多晶NSTO薄膜中存在著大量的氧空位、載流子或者其他的缺陷,因此器件不需要大電壓的刺激去激發(fā)電致阻變行為,即沒有形成過程。通過對電壓-電流曲線的擬合發(fā)現,器件在ON態(tài)